Род Polygonatum (род хуанцзин) — важная группа лекарственных растений семейства Аспараговые, широко распространённая в умеренных регионах Северного полушария; при этом современный центр его распространения — Китай. Растения этого рода благодаря своим корневищам служат сырьём для получения традиционных китайских лекарств «хуанцзин» и «юйчжу», обладая одновременно лекарственной, питательной, экономической и культурной ценностью, они на протяжении длительного времени привлекают внимание ботаников‑систематиков. В историческом плане система таксономии Polygonatum неоднократно подвергалась пересмотру: традиционные морфологические исследования на основе особенностей расположения листьев и прицветников выделили восемь секций; цитологические и микроморфологические исследования тычинок позволили предложить классификационную схему, включающую секции Polygonatum и Verticillata; тогда как молекулярно‑систематические исследования, основанные на хлоропластомных геномах, выделили три ветви: секцию Polygonatum, секцию Verticillata и секцию Sibirica.

Несмотря на то что критерии классификации расширились от морфологических и цитологических до молекулярных, вопросы филогенетических взаимоотношений по‑прежнему вызывают споры: например, не достигнут консенсус относительно принадлежности некоторых видов, родственных связей между группами и путей эволюции. Кроме того, палеоморфология пыльцы, являясь важным инструментом для выявления закономерностей эволюции растений и их систематики, в роде Polygonatum остаётся недостаточно разработанной. Ряд исследований показал, что морфология пыльцы — особенно структура экзины — обладает значительной таксономической информативностью при различении видов; однако подобные работы чаще всего ограничиваются небольшим числом видов, а систематическое изучение внутривидовой изменчивости и филогенетических взаимосвязей остаётся недостаточным, что пока не позволило в полной мере подтвердить практическую ценность признаков пыльцы для таксономического определения на уровне рода.

В ответ на указанные выше проблемы совместная исследовательская группа, состоящая из специалистов Школы садоводства Фуцзяньского университета сельского хозяйства и лесного хозяйства и Института растениеводства Фуцзяньской академии сельскохозяйственных наук, использовала стационарные сканирующие электронные микроскопы серии ZEM компании «ZEPTOOLS» для проведения систематических исследований. Целью данного исследования было восполнить пробелы в данных и интегрировать междисциплинарные свидетельства для прояснения эволюционных взаимоотношений внутри рода. Команда, используя сканирующую электронную микроскопию, проанализировала морфологическое разнообразие пыльцы 46 образцов генетических ресурсов рода Polygonatum; на основе кластерного анализа были выявлены их генетические связи, а также продемонстрирована высокая таксономическая значимость морфологии пыльцы — прежде всего её размера и рисунка экзины — для внутривидовой классификации, филогении и рационального использования ресурсов. Соответствующие результаты опубликованы в журнале Plants под названием «Морфологические характеристики пыльцы 46 образцов генетических ресурсов Polygonatum и их таксономические последствия».

Настоящее исследование посвящено изучению морфологического разнообразия пыльцы 46 образцов генетических ресурсов рода Polygonatum и его таксономическому значению; цель — с помощью системного анализа особенностей пыльцы выявить генетические связи и закономерности эволюции представителей этого рода. В качестве объектов исследования были отобраны шесть видов и один подвид; с использованием сканирующей электронной микроскопии проведены высокоразрешающие наблюдения за морфологическими признаками пыльцы, а также осуществлен кластерный анализ для оценки родственных связей между различными видами. Сравнивая такие параметры, как длина полярной оси, длина экваториальной оси, соотношение P/E, объёмный индекс и рисунок экзины, было установлено, что, хотя морфология пыльцы всех образцов характеризуется высокой степенью общности (например, однозернистость, анизополярность, наличие одной борозды‑поры и т. п.), её размеры и рисунок экзины существенно различаются; эти различия служат ключевым основанием для внутривидовой классификации. Так, у Polygonatum sibiricum и Polygonatum macropodum преобладают сетчатый и перфорированно‑сетчатый рисунки экзины, тогда как у Polygonatum filipes и Polygonatum odoratum наблюдается складчато‑сетчатый рисунок; при этом уникальный бородавчато‑сетчатый рисунок Polygonatum alternicirrhosum заметно отличает этот вид по морфологическим признакам от остальных.

Исследование с помощью количественного анализа выявило тенденции эволюции морфологических параметров пыльцы. Форма пыльцы у всех образцов характеризуется относительно примитивной «приплюснуто‑продолговатой сферической» формой (соотношение P/E 0,36–0,42), однако наблюдаются значительные различия в длине экваториальной оси (18,17–27,15 мкм) и длине полярной оси (44,11–67,07 мкм), что свидетельствует о большей консервативности формы пыльцы по сравнению со стабильностью её размеров. Примечательно, что пыльца линейного фаленопсиса обладает наименьшим объёмом, что может указывать на переход в ходе эволюции от «крупной пыльцы» к «средней пыльце»; этот факт подтверждает теорию о взаимосвязи между уменьшением объёма пыльцы и повышением уровня эволюционного развития покрытосеменных растений. Кроме того, связь сложности экзинальных украшений — таких как поры и бугорки — с уровнем эволюционной дифференциации видов дополнительно демонстрирует, что морфология пыльцы является не только инструментом систематики, но и важным ключом к расшифровке филогенетических отношений растений.

В рамках таксономических исследований с помощью кластерного анализа 46 образцов генетического материала были разделены на четыре ветви: P. cirrhosum и P. verticillatum объединены в одну группу, P. chinense и P. longipes — в другую; P. kingianum и его разновидность P. kingianum var. grandifolium образуют отдельную группу, тогда как P. verticillatum формирует самостоятельную ветвь. Эти результаты классификации в основном согласуются с традиционным морфологическим делением на «группу с вертикальными листьями» и «группу с перекрёстно‑составными листьями», одновременно выявляя более тесные родственные связи между некоторыми видами (например, между P. chinense и P. longipes), что предоставляет новое морфологическое обоснование для таксономической классификации на уровне подгрупп внутри рода. Кроме того, кластерный анализ не выявил значимой корреляции между генетическим расстоянием и географическим распространением, что свидетельствует о том, что дифференциация по форме пыльцы, вероятно, обусловлена преимущественно генетическими факторами, а не географической изоляцией.

В исследовании впервые описаны морфологические особенности пыльцы двух видов — E. macrocladum и E. verticillatum, что позволило пополнить базу данных по морфологии пыльцы рода Polygonatum. Сравнивая влияние различных методов измерения размеров пыльцы, применяемых в разных публикациях (например, ацетоклизмический метод и электронная микроскопия на свежих образцах), авторы подчеркнули важность стандартизации экспериментальных процедур для обеспечения сопоставимости полученных данных. Так, традиционные методы могут приводить к деформации пыльцы вследствие дегидратации или нагрева, тогда как современные методы электронной микроскопии позволяют более точно воспроизвести её истинную форму. Эти результаты не только открывают новые перспективы для таксономической классификации рода Polygonatum, но и служат методологическим ориентиром для изучения морфологии пыльцы других групп растений. В конечном итоге было показано, что морфология пыльцы — прежде всего её размер и рисунок экзины — может выступать эффективным признаком при классификации, филогенетическом анализе и оценке ресурсного потенциала видов рода Polygonatum, что закладывает основу для последующих молекулярно‑систематических исследований и разработки стратегий сохранения генофонда.

Стационарный сканирующий электронный микроскоп серии ZEM компании «ZEPTOOLS» — это высокоинтегрированное, портативное и экономичное научно‑исследовательское оборудование. Оно обладает быстрым вакуумированием, высокой скоростью получения изображений и широким выбором детекторов сигналов, подходит для наблюдения морфологии и анализа состава, а также может быть адаптировано к различным экспериментам in situ. Прибор предъявляет низкие требования к условиям установки, не зависит от этажности здания, прост в эксплуатации — даже непрофессионалы быстро осваивают его; при этом стоимость приобретения и обслуживания значительно ниже, чем у напольных сканирующих электронных микроскопов. В настоящее время он стал одним из наиболее популярных устройств среди многих университетов, исследовательских институтов и предприятий.